Food processing wastewater as feedstock for microalgae growth and nutrient removal

A indústria da carne é responsável por gerar volumes elevados de água residual proveniente do processamento de carne (ARPC), altamente carregada em termos de nutrientes, carbono e sólidos suspensos. O seu descarte sem tratamento diminui a qualidade da superfície da água, podendo levar à morte da vida aquática e à eutrofização. Atualmente, o interesse na utilização de microalgas para tratar ARPC tem aumentado, assim como no potencial da sua utilização como um produto de base biológica, integrando o processo de tratamento no conceito de economia circular. Neste estudo, a capacidade de um consórcio de microalgas tratar e crescer em ARPC sem pré-tratamento foi avaliada. A caracterização da ARPC de diferentes ciclos de produção revelou uma variabilidade elevada na sua composição em carbono e nutrientes. A viabilidade em tratar ARPC sem pré-tratamento, bem como a influência da comunidade microbiana nativa e do material sólido presentes na ARPC na remoção de nutrientes e crescimento de biomassa foram avaliadas. A água residual foi recolhida de uma fábrica de processamento de carne e era composta por uma mistura de água residual preveniente da lavagem dos bombos de cozedura e de água utilizada no processo de arrefecimento (1:1). O cultivo do consórcio em ARPC foi realizado em diferentes condições e a remoção de nutrientes e carbono, bem como o crescimento da biomassa, foram monitorizados durante o cultivo. O cultivo do consórcio em água residual sem pré-tratamento e em água residual esterilizada permitiu avaliar que a taxa de remoção da carência química de oxigénio da comunidade microbiana nativa da ARPC foi de 125,9 mg L-1 dia-1 nos primeiros oito dias, mas, na presença do consórcio de microalgas, a taxa de remoção aumentou para 138,3 mg L-1 dia-1. Como a ARPC foi utilizada sem nenhum pré-tratamento, em todas as condições testadas observou-se um aumento do azoto total e ião amónio talvez devido à dissolução dos sólidos suspensos. O crescimento da biomassa foi maior no cultivo com ARPC sem pré-tratamento do que com a esterilizada, provavelmente devido ao efeito sinérgico estabelecido entre as duas comunidades. A remoção de carbono e o crescimento das microalgas não foram afetados negativamente pela presença de sólidos, sustentando a hipótese de que a ARPC pode ser utilizada para a produção de biomassa sem a necessidade de tratamento prévio, sendo potencialmente mais viável economicamente. A análise molecular dos isolados de microalgas cultiváveis revelou que estes pertencem a dois géneros da classe Trebouxiophyceae, Micractinium e Chlorella.Meat industry generates large volumes of meat processing wastewater (MPWW), highly loaded in terms of nutrients, carbon and suspended solids. The discharge of untreated wastewater decreases water surface quality, potentially leading to death of aquatic life and eutrophication. There is a growing interest in the use of microalgae to treat MPWW, due to their ability to treat MPWW and to the potential of microalgal biomass as a biobased product, integrating the treatment process into the circular economy concept. In this study, the capability of a microalgae consortium to treat and grow in raw MPWW was evaluated. The characterization of wastewater from different production cycles revealed its wide variability in carbon and nutrient composition. The feasibility in treating raw wastewater without any pre-treatment step as well as the influence of MPWW native microbial community and suspended solids in nutrient removal and biomass growth was evaluated. MPWW was collected from a meat processing factory consisting of a mixture of cooking drums wastewater plus water used for cooling processes (1:1). Batch cultivation of a microalgae consortium in raw MPWW was conducted under different conditions. Nutrient and carbon removal and biomass growth were monitored during cultivation. In batch cultures where raw and sterile wastewater was used, the chemical oxygen demand (COD) removal rate of the native MPWW microbial community was of 125.9 mg L-1 day-1 at the first eight days, but, in the presence of the microalgae consortium, the COD removal rate increased to 138.3 mg L-1 day-1. As MPWW was used without any pre-treatment, total nitrogen and ammonium nitrogen increased probably due to dissolution of suspended solids that occurred in all the tested conditions. When using raw MPWW, the microalgal biomass growth was higher than that obtained with sterile wastewater probably due to synergistic effect established between the microalgae and the native microbial community. Carbon removal and microalgae growth were not negatively affected by the presence of solids, supporting the hypothesis that this type of wastewater can be applied as feedstock for microalgae biomass production without the need of prior treatment, thus being potentially more economically viable. The molecular analysis of the culturable microalgae isolates within the consortia used in the batch assays revealed that isolates belonged to two different genera of the Trebouxiophyceae class, namely Micractinium and Chlorella